石羊河流域河流健康研究與變化趨勢分析

方良斌　居克旺　潘世丘

摘要：河流健康是指河流具有良好自然生態(tài)和可持續(xù)的社會服務功能。以多維河流健康評價為架構，提出了包括河流水文學、水化學、水生態(tài)、河流物理結構及社會經濟服務功能等方面指標的河流健康評價指標體系，分析評價《石羊河流域重點治理規(guī)劃》實施以來，流域河流健康趨勢，結果表明：2016年流域植被指數相較于2006年明顯提高，流域生態(tài)環(huán)境明顯改善;流域河流健康水平逐步提高，流域治理效果顯著。

關鍵詞：河流健康：河流物理結構;水生態(tài);石羊河流域

中圖分類號：X522

文獻標志碼：A

doi：10. 3969/j .issn. 1000- 1379.2019.06.016

石羊河流域位于河西走廊東端，起源于祁連山區(qū)，消失于巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠之間的民勤盆地北部。上游由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河、東大河和西大河8條河流組成，在下游民勤蔡旗斷面交匯后形成石羊河。流域水資源量約16.8億m.人均水資源量730 m.是我國內陸河流域最缺水區(qū)域之一。受人類活動影響，上游灌木林區(qū)出現草原化和荒漠化：下游嚴重超采地下水，使地下水位持續(xù)下降，植被嚴重退化、衰敗，甚至消亡，大片土壤沙漠化。

為了保護民勤綠州，國家2007年啟動實施《石羊河流域重點治理規(guī)劃》，采取“上游涵養(yǎng)水源，中游節(jié)水改造，下游恢復生態(tài)”的治理措施，流域水生態(tài)環(huán)境得到顯著改善。但是，如何保護好河流自然功能，維護河流生態(tài)，更好發(fā)揮河流社會經濟功能，未能有效解決。筆者通過開展流域內河流健康程度評價，找出影響河流健康的因子，尋找對策，以河長制建設為契機，完善治理措施，有效促進河流功能均衡發(fā)揮，確保流域生態(tài)健康持續(xù)發(fā)展。

1 河流健康等級

1.1 河流健康等級

河流健康是指河流具有良好自然生態(tài)和可持續(xù)的社會服務功能。河流健康評價是對河流系統(tǒng)物理完整性、化學完整性、生物完整性和服務功能完整性及其相互協(xié)調性指標進行評估。河流健康評估采用4級評價指標，即目標層、亞層、準則層和指標層。河流健康評價采用分級指標評分法，逐級加權，綜合評分，從而得到河流健康指數。依據河流健康指數，劃分5級健康等級，即理想狀況、健康、亞健康、不健康和病態(tài)，見表1。

1.2 評價模型與評價指標

河流健康狀況賦分為綜合生態(tài)健康狀況（生態(tài)完整性）賦分和功能健康（社會服務功能完整性）賦分的加權平均結果，計算公式為

構建石羊河流域多維河流健康評價體系，見圖1。時間維：1980年為基準年，2016年為現狀年，1940年和2006年為參考年份：空間維：橫向東至西8條河流，縱向祁連山區(qū)河段、南盆地（武南盆地、永昌盆地）、北盆地（民勤盆地、金川一昌寧盆地）;指標維：河流生態(tài)環(huán)境（流域河流水文水資源、物理結構、水化學和水生物生態(tài)特性）。

2 石羊河流域河流健康評估

2.1 河流水文學健康評估

河流水文水資源健康指標包括流量過程變異程度和生態(tài)用水保障程度。石羊河流域屬于西北內陸河，8條河流有7條出山口以上建了水庫，河流地表水出山口后大部分水量被農業(yè)灌溉、城市工業(yè)和生活用水引用。天然條件下，河流出山口后基本滲入地下，大部分河段為季節(jié)性河流。對于干旱半干旱地區(qū)的河流，河流徑流不連續(xù)，為了得到完整的河流健康評價成果，在干枯河段以地下水水文變異程度為指標進行評價，并提出針對西北干旱區(qū)的季節(jié)性河流評估以含水層水文過程變異為指標。

2.1.1 指標層賦分

（1）水文過程變異程度。水文過程變異程度分為河流流量過程變異程度和含水層水文過程變異程度。流量過程變異程度指現狀開發(fā)狀態(tài)下，評價河段年內實測月徑流過程與天然月徑流過程的差異，反映評價河流監(jiān)測斷面以上流域水資源開發(fā)利用對評價河段水文情勢的影響程度。流量過程變異程度由評價年逐月實測徑流量與天然月徑流量的平均偏離程度表達，計算公式為

流量過程變異程度可以反映河流上游來水進入下游天然河道水量的變化，流量過程變異程度越大，說明上游天然河道水資源開發(fā)利用率越大，進入下游河流斷面的水量越小，對河流生態(tài)負面影響越大。經測算，1995-2016年石羊河蔡旗水文站流量過程變異程度指標FD為0.30 -0.90，其中2016年FD為0.57.見圖2。

河流平原區(qū)段，由于河流斷流，不適合用徑流量變化量評價，因此采用含水層水文過程變異來評價，分別用地下水位變化速率和地下水淺埋區(qū)（埋深<3 m）面積變化或泉水溢出量變化來評價河流水量變化。地下水位變化速率利用收集到的地下水長觀資料（ 1986-2016年）進行分析。2015年武南盆地地下水淺埋區(qū)（埋深<3 m）面積和泉水溢出量，相對于20世紀80年代變化率分別為78. 3%和76.2%，民勤盆地的分別為82.6%和86.2%，金川一昌寧盆地地下水淺埋區(qū)（埋深<3 m）面積和泉水溢出量變化率均為78.0%。

（2）生態(tài)流量滿足程度。流域河流出山口后，河水滲漏補給地下水，河流干枯，因此只評價出山口以上河段。以河流水文監(jiān)測斷面的流量為基流標準，收集了水電站的泄水資料，泄水流量滿足設計的生態(tài)需水流量，出山口以上各河流生態(tài)過水量賦分都為滿分。

2.1.2 水文水資源準則層賦分

2.2 河流水化學健康評估

2015年水質監(jiān)測評價結果：上游雜木河、西營河、東大河、西大河年均監(jiān)測結果屬于Ⅱ類水;下游石羊河干流平原段為Ⅳ類水（見表4）。流域水質狀況指標賦分標準及賦分結果見表5-表7。

2.3 河流水生物健康評估

2.3.1 魚類分布情況

通過對石羊河流域現場調查，共采集到13種347尾9 341.66 9魚類，占比最大的為鯉魚，占31.82%，其次為祁連裸鯉，占31. 22%。對比《甘肅省脊椎動物志》等資料，石羊河流域生存魚類主要有3目4科11屬13種，除祁連山裸鯉外，沒有國家重點保護魚類。

2.3.2 魚類種類變化指數

魚類種類變化指數用來反映流域開發(fā)后，河流生態(tài)系統(tǒng)中頂級物種的受損狀況。該指標標準依據歷史背景調查方法確定，通過歷史調查數據分析統(tǒng)計評價河流的魚類種類數，從而確定評價河流的魚類歷史背景狀況，建立魚類調查評價指標。魚類生物損失指標計算公式：

FOE= FO/FE式中：FOE為魚類生物損失指數：FO為評價河段調查獲得的魚類種類數量;FE為評價河段魚類歷史種類數量。

石羊河流域屬于西北內陸河，河流上建有水庫，出山口以下河道為季節(jié)性河流，由于河流徑流不連續(xù)，因此采用指標分析法對石羊河水系各河段魚類生物損失指數進行計算，建立魚類調查評價指標，結果見表8。

2.4 河流物理結構健康評估

石羊河流域內沒有列入國家或省級保護名錄的天然濕地，因此物理結構評價只考慮河岸帶狀況和河流連通阻隔狀況。石羊河8條河流出山口以上為山區(qū)峽谷型河流，河岸為基巖，比較穩(wěn)定：出山口以下平原區(qū)河道寬闊，河岸兩側基本已開發(fā)為農田。利用人工調查和遙感影像解譯方法初步得到河道干擾破壞情況，見表9。

2.5 河流社會經濟服務功能

社會服務功能包括水功能區(qū)達標指標、水資源開發(fā)利用指標、防洪指標和灌區(qū)供水保證率。由于水資源開發(fā)利用在流域尺度上進行配置，因此對水資源開發(fā)利用情況進行整體評價，不分河流進行?？紤]到流域水資源主要用于農業(yè)灌溉，增加了灌區(qū)供水保證率指標。

2.5.1 指標層賦分

（1）水功能區(qū)達標指標。水功能區(qū)水質達標率指對評價河流包括的水功能區(qū)按照《地表水資源質量評價技術規(guī)程》（ SL 395-2007）規(guī)定的技術方法確定的水質達標個數比例。水功能區(qū)水質達標率指標計算公式為

WFZ=WFZPx 100式中：WFZ為評價河流水功能區(qū)水質達標率指標賦分;WFZP為評價河流水功能區(qū)水質達標率。

目前流域一級水功能區(qū)河流數為10個，總區(qū)劃河長872 km，河段數17個，其中保護區(qū)河段數7個、開發(fā)區(qū)河段數10個。根據2011-2015年《石羊河流域水資源公報》，紅崖山水庫未達標，河流水功能區(qū)水質達標率為90%，因此水功能區(qū)水質達標率指標賦分90。

（2）水資源開發(fā)利用率。水資源開發(fā)利用率指評價河流供水量占流域水資源量的百分比，水資源開發(fā)利用率計算公式：

WRU= WU/WR式中：WRU為評價河流水資源開發(fā)利用率：WR為評價河流水資源總量;WU為評價河流水資源開發(fā)利用量。

西北干旱區(qū)水資源緊缺，供需矛盾突出。水資源開發(fā)利用率30% - 60%為最高賦分區(qū)，過高（超過80%）和過低（20%）開發(fā)利用率均賦分0。石羊河水資源開發(fā)利用率高達139.6%，水資源開發(fā)利用率賦分0。

（3）防洪指標。防洪指標評價河道的安全泄洪能力。目前，石羊河流域各河流防洪工程通過中小河流防洪整治工程均已完成，賦分75。

（4）灌區(qū)供水保證率。灌區(qū)供水保證率按可供水量和灌區(qū)需水量比值計算。石羊河流域通過調整灌溉面積和灌區(qū)節(jié)水改造工程，提高了灌區(qū)供水保證率。根據2016年《石羊河流域水資源公報》，灌區(qū)供水保證率為75%。

2.5.2 社會服務功能準則層賦分

河流社會服務功能準則層包括4個指標，計算公式為

2.6 河流健康綜合評價結果

石羊河干流水文過程變異較大、水質差，水資源開發(fā)利用程度高，尤其是地下水長期超采，導致生態(tài)健康狀況和社會服務功能賦分都低，流域上游8條支流為亞健康，石羊河干流不健康，見表11。

2.7 流域河流健康趨勢分析

通過流域尺度的河流健康趨勢評價.分析《石羊河流域重點治理規(guī)劃》實施以來流域河流水量變化趨勢。蔡旗水文斷面來水量不斷增加（見圖3），流域遙感影像植被數據向好的變化趨勢明顯。2006年和2016年流域植被指數（ NDVI）分別為1 767. 045和1 946.209 ，2016年植被指數相較于2006年明顯提高（見圖4），流域生態(tài)環(huán)境明顯改善。石羊河流域河流健康水平逐步提高，流域治理效果顯著。

3 結語

石羊河是我國西北地區(qū)重要的內陸河流，因河流水生態(tài)系統(tǒng)惡化，下游民勤地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，自《石羊河流域重點治理規(guī)劃》實施以來，流域河流水生態(tài)、下游水生態(tài)系統(tǒng)得到顯著改善。流域河流健康趨勢分析表明，河流健康水平逐步提高，流域綜合治理效果顯著。建議以“河長制”建設為契機，建立河流生態(tài)修復長效機制，促進河流健康發(fā)展。